دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
عنوان:
تحلیل ترموالاستیسیته کوپل پوسته استوانه ای FGM تحت شوک حرارت و فشار
چکیده
ترموالاستیسیته کوپل پوسته استوانه ای FGM تحت شوک حرارت و فشار مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. معادلات انرژی و ترمو الاستیسیته کوپل به طور همزمان به صورت یک دستگاه معادلات برای یک پوسته استوانه ای از جنس مواد هدفمند حل گردیدند. پدیده شده شوک محتاج به سرعت انتشار محدود برای اغتشاشات حرارتی است. لذا تئوری ترموالاستیسیته تعمیم یافته برطبق دو مدل Lord-Shulman و Green-Lindsay در حل لحاظ شده و نتایج مورد مقایسه قرار گرفته اند. تئوری مرتبه دوم صفحات که برای بررسی کرنش برشی جانبی و چرخش می باشد، در روند حل منظور گردیده است. همچنین ترم های کوپلینگ حرارتی و اینرسی چرخشی در حل منظور شده اند. روش حل اجزاء محدود برای حل در بعد مکان، و تکنیک تبدیل لاپلاس (حل تحلیلی) و معکوس آن (حل عددی) برای حل در بعد زمان در این پروژه استفاده شده است. خصوصیات جنس پوسته در راستای ضخامت به تبعیت از تابع توانی می باشد. این تابع براساس کسر حجمی دو ماده تشکیل دهنده FGM می باشد. تأثیر میدان حرارتی برای دو حالت خطی و غیرخطی در راستای ضخامت پوسته مطالعه شده است. نتایج در حالت ایزوتروپیک با نتایج موجود در مقالات معتبر تطبیق داده شده است.
مقدمه
مواد هدفمد (FGM) کاربرد وسیعی در علم مهندسی مکانیک دارد که مقاومت بالای حرارتی از مهمترین خصوصیت آن می باشد. مواد هدفمند به گونه ای ساخته می شوند که خصوصیات مکانیکی و حرارتی ماده از یک سطح تا سطح دیگر ضخامت جسم، به طور پیوسته و تدریجی تغییر کند. این تغییرات می تواند به تبعیت از تابع توانی برحسب کسر حجمی دو ماده تشکیل دهنده FGM فرض شود. بدین صورت که کسر حجمی مواد تشکیل دهنده FGM در راستای یکی از ابعاد هندسی تغییر کند. از مواد هدفمند فلز – سرامیک، به دلیل مقاومت حرارت بالای سرامیک و سختی بالای فلز، در شرایط مادی فوق العاده زیاد و یا شرایط شوک شدید حرارتی استفاده می شود. این مواد به دلیل ویژگی های منحصر به فرد قابلیت استفاده را در هواپیما و فضاپیما دارند. افزایش کاربرد FGM در صنعت، بررسی رفتار این ماده را تحت تاثیر نیروهای مکانیکی و حرارتی را در پی داشته است.
برای حل مسائل ترموالاستیسیته در حالت گذرا، ابتدا میدان دما را از حل معادله انرژی به دست آورده، و سپس دستگاه معادلات حرکت را با جایگزینی ترم دما از حل معادله انرژی حل می کنند. البته اعتبار این حل بستگی به اندازه ترم کوپلینگ حرارتی موجود در معادله انرژی دارد، به گونه ای که در شرایط عدم وجود شوک، از این ترم صرفنظر می کنند. هرگاه فرکانس اغتشاشات حرارتی اعمال شده به جسم با فرکانس طبیعی آن جسم برابر گردد (شوک حرارتی)، میدان های حرارتی و تنش، از حل دستگاه معادلات متشکل از معادلات حرکت و معادله انرژی به طور همزمان حاصل خواهد شد. پیچیدگی دستگاه معادلات حاکم بر جسم راهی جز حل عددی باقی نمی گذارد. از آنجایی که مدت زمان وقوع شوک فوق العاده کوچک است، حل عددی در بعد زمان را نیز پیچیده می کند. لذا این پیچیدگی با استفاده از تکنیک خاصی در هنگام بی بعدسازی معادلات رفع می شود.
فصل اول: کلیات مواد هدفمند
1-1- فیزیک مواد هدفمند
طبق تعریف مواد هدفمند یا FGM موادی هستند که برای به وجود آوردن تغییرات تدریجی در مشخصه های اجزاء ریزساختارها یا ترکیبات به کار می روند. مهمترین کاربرد FGM بهبود مشخصه های مکانیکی و ترمودینامیکی اجزاء به طرق زیر می باشد:
– اندازه تنش های حرارتی می تواند کمینه گردد، همچنین نواحی بحرانی که بیشینه تنش حرارتی در آن قسمت به وجود می آید، می تواند کنترل شود.
– شروع تسلیم پلاستیک و شکست برای یک بارگذاری ترمودینامیکی می تواند با تاخیر اتفاق بیافتد.
– جلوگیری از تمرکز تنش های شدید در محل تقاطع لبه ها و نقاط تکین.
– مقاومت باندهای واسط بین جامدات غیرهمگن مانند فلز و سرامیک با کاهش پیوسته ترکیب یا جهت دار کردن تغییر خواص مکانیکی می تواند افزایش پیدا کند.
– نیروی پیشران برای رشد ترک می تواند با انتخاب مناسب درجه بندی خواص مکانیکی کاهش پیدا کند.
– قرارگیری پوشش سخت روی نمونه فرعی با جنس نرم به وسیله درجه بندی پیوسته خواص مکانیکی و جهت دار کردن تغییر خواص مواد می تواند آسان تر شود.
– درجه بندی ترکیب در لایه های سطح می تواند میدان های تکین ناشی از بریدگی و فرورفتگی های نوک تیز را از بین برده و مشخصه های تغییر شکل پلاستیک اطراف فرورفتگی ها را تغییر دهد.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند